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铸造行业动态资讯
12-08 08:14:07 37
进铸造行业群,加微信:马兰英(中铁山桥集团有限公司辙叉车间,河北秦皇岛066200)摘 要:根据驱动轮铸件的结构特点和高锰钢铸造工艺特性,进行了铸造工艺设计,选用底注式浇注系统,合理设置冒口和冷铁等工艺方案。结果表明,该工艺方案充型平稳,有利于铸件的补缩,同时通过控制浇注温度与开箱时间,有效地防止了铸件产生缩孔、裂纹等缺陷。生产实践证明,采用本铸造工艺方案,生产的驱动轮铸件满足技术质量要求。关键词:驱动轮;高锰钢;铸造工艺;底注式浇注系统我公司从事高锰钢辙叉铸造的生产已有50 余年的历史,这类铸件的生产经验较丰富,但对其他结构高锰钢铸件的生产接触甚少, 为了拓宽市场,使集团公司产品多元化,开发了高锰钢驱动轮的铸造生产,该驱动轮是矿山机械传动系统中的一个重要部件,需保证传动机构工作的安全性,因此需具有很好的耐磨性、疲劳强度与韧性等性能。驱动轮的铸造材质选用高锰钢,其质量要求很高,受力部位铸造缺陷会引起驱动轮断裂而报废。对我们而言,这是一次高锰钢铸造的尝试,更是一次挑战。本文通过结合高锰钢的性能对驱动轮铸件的结构特点进行分析,设计出适宜的铸造工艺,生产出了满足技术及质量要求的铸件。1 高锰钢的性能及特点高锰钢是一种锰碳含量较高的合金钢,具有较高的强度和良好的冲击韧度。在冲击载荷下,会迅速产生加工硬化,使表面具有非常好的耐磨性[1]。因此非常适合用于铁路辙叉、矿山机械产品的生产。高锰钢的流动性很高,线收缩值高,材料的导热性低,裂纹倾向大, 铸态组织中大量的网状碳化物等因素都使高锰钢件易于热裂和冷裂。2 铸件简介图1 为驱动轮铸件结构及工艺简图, 其轮廓尺寸为准1 728 mm×502 mm,重量约4 800 kg,毛坯最大壁厚195 mm,筋厚56 mm,斜辅板厚42 mm,壁厚相差悬殊,结构复杂。材质为ZGMn13,化学成分w(%)为:0.95~1.35C,11.00~14.00Mn,0.30~0.80 Si,P≤0.045,S≤0.030。铸件不允许有影响力学性能和使用性能的裂纹、夹渣、缩孔、气孔等铸造缺陷。3 铸造工艺分析及设计3.1 分型面、砂芯从图1 看出, 驱动轮中间圆孔与周围13 个筋孔,需采用砂芯形成,靠芯头定位;从中间最大径分型,合箱造型,上型和下型通过两个定位销连接定位,防止错箱。造型用酯硬化橄榄石砂,流动性很好,型砂易紧实,制好的型芯轮廓分明,尺寸精度高,表面质量好;因其水玻璃的加入量少,所以还具有良好的溃散性。铸型和砂芯表面,涂刷醇基镁砂涂料点燃干燥, 可防止粘砂和提高铸件的表面质量。3.2 浇注系统漏包浇注的高锰钢铸件宜采用充型平稳的开放式浇注系统,查阅铸造工艺手册各组元截面的比例关系为[2]:ΣF塞孔∶ΣF直∶ΣF横∶ΣF内=1∶(1.8~2)∶(1.8~2.0)∶2。现浇包塞孔直径准55 mm,耐火砖直浇道直径准70 mm, 最后确定浇注系统各组元截面积如下:ΣF塞孔=19.6 cm2, ΣF直=38.5 cm2,ΣF横=35.28~39.2 cm2,取38.0 cm2,ΣF内=39.2 cm2。确定采用底注式2 道准70mm 的横浇道与内浇道浇注系统,利于气体和夹杂物上浮,内在质量高,并且浇口通过冒口,加强了冒口的补缩作用,更有利于铸件最后凝固区的补缩和排气。3.3 冒口与补贴的设计由于高锰钢的体收缩率较大, 用冒口和冷铁配合以获得优质铸件, 是生产中经常采用的工艺措施,以防止缩孔和缩松缺陷的产生[3]。该铸件轮毂部位宽厚比<5∶1, 应按杆形件进行冒口设计,根据铸件尺寸经计算确定, 轮毂顶面设2 个大腰圆冒口400 mm×200 mm×700 mm,垂直补贴厚度20 mm,在两冒口之间放置外冷铁,加强冒口的补缩作用。3.4 浇注温度适宜的浇注温度对铸钢件的质量有重要意义。根据该铸件的材质、重量、壁厚及结构特点,属于厚大以及容易产生热裂的铸件, 应取较低的浇注温度, 结合生产其他铸件的经验, 确定浇注温度为1 450 ℃,浇满之后再补浇冒口2~3 次,往冒口上面撒草灰覆盖。3.5 开箱时间高锰钢中碳、锰、磷的含量均高,材料的导热性低,铸态组织中大量的网碳化物以及强度、塑性、韧性均很差等因素都使高锰钢铸件很容易产生裂纹。浇注后过早开箱会使铸件冷却过快, 增加内温度分布的不均匀性,使热应力增加,这常常是造成冷裂的原因。这种现象在高锰钢中问题更突出。根据生产辙叉经验结合该铸件壁厚及结构情况, 确定浇注后开箱时间为24 h,热切浇冒口,热装窑。4 效果与结论根据驱动轮铸件的结构特点和高锰钢铸造工艺特性,进行了铸造工艺设计,按该工艺方案生产了4 件驱动轮, 铸件毛坯表面光洁, 冒口根部致密,无缩孔、缩松缺陷(见图2),几何尺寸符合图纸要求,机械性能各项指标均达到了技术要求。目前线切割加工已经完成,成品洁净无铸造缺陷(见图3),用户非常满意。半年之后又成功生产了第二批驱动轮。 参考文献:[1] 陈希杰. 高锰钢[M]. 机械工业出版社,1989.[2] 中国机械工程学会铸造专业学会. 铸造手册(第5 卷铸造工艺)[M]. 北京:机械工业出版社,1994.[3] 李魁盛. 铸造工艺设计基础[M]. 机械工业出版社,1986.论文发表于:铸造技术,2018,39(10):2260-2261.